نویسنده: خانم سیمین حاتمی – عصر مواد
جوشکاری قوسی با گاز محافظ (Gas Metal Arc Welding) که به اختصار GMAW نامیده می شود، از دسته فرایندهای جوشکاری قوسی است که قوس بین الکترود فلزی پیوسته و قطعه کار برقرار می شود. در این فرایند، گاز محافظ، حفاظت از حوضچه جوش را برعهده دارد. اگر این گاز محافظ از گروه گازهای بی اثر یا خنثی مانند آرگون و هلیم، باشد، به این فرایند Metal Inert Gas یا به اختصار MIG گفته می شود. ولی اگر گاز محافظ، یک گاز فعال مانند CO2 باشد، به آن Metal Active Gas یا به اختصار MAG گفته می شود. شکل زیر شماتیکی از فرایند جوشکاری قوسی با گاز محافظ را نشان می دهد.
همان گونه که در شکل فوق مشاهده می شود، جریان الکتریکی، الکترود و گاز محافظ از طریق مجراهایی که در مشعل یا تفنگ جوشکاری قرار دارد به سمت قطعه کار و موضع جوشکاری هدایت می شوند. امکان تغذیه خودکار الکترود مصرفی وجود دارد. در دستگاه های اتوماتیک، بعد از اینکه تنظیمات اولیه دستگاه جوشکاری توسط جوشکار انجام شد، تنظیم پارامترهای الکتریکی مرتبط با قوس، به صورت خودکار توسط دستگاه انجام می شود. در دستگاه ها یا وضعیت های نیمه اتوماتیک، سرعت و موقعیت تفنگ جوشکاری باید توسط جوشکار کنترل شوند و سرعت تغذیه سیم و ولتاژ، بصورت خودکار توسط دستگاه تنظیم می شوند.
شماتیکی از اجزای اصلی دستگاه در شکل زیر مشاهده می شود.
دو حالت ترکیبی برای استفاده از منبع نیرو-تغذیه کننده الکترود وجود دارد. آنچه که بیشتر متداول است، استفاده از منبع نیروی ولتاژ ثابت است که مشخصه آن منحنی ولت-آمپر تخت (flat) یا مسطح است و همرا ه با یک واحد تغذیه الکترود با سرعت ثابت، برای تنظیم طول قوس، استفاده می شود. نوع دیگر منبع نیرو جریان ثابت است که مشخصه ولت-آمپر آن یک منحنی کاهشی (drooping curve) است و با یک واحد تغذیه الکترود که دارای سنسور کنترل ولتاژ قوس است، به کار گرفته می شود.
در وضعیت ولتاژ ثابت و سرعت ثابت تغذیه الکترود، هر گونه تغییری در موقعیت تفنگ جوشکاری، به واسطه تغییر در طول موثر الکترود، سبب تغییر در جریان جوشکاری می شود. مثلاً هنگامی که فاصله تفنگ تا قطعه کار، افزایش ناگهانی داشته باشد، طول قوس افزایش یافته و جریان کاهش می یابد و نرخ ذوب الکترود نیز کاهش می یابد.
در وضعیت جریان ثابت و تغذیه کننده الکترود دارای سنسور کنترل ولتاژ قوس، خود تنظیمی به این صورت است که نوسانات ولتاژ قوس توسط سنسور تغذیه کننده الکترود، شناسایی شده و سرعت تغذیه الکترود، مجدداً متناسب با تغییرات ولتاژ تنظیم می شود.
حالت های انتقال فلز در فرایند GMAW:
منظور از انتقال فلز، طریقه جدا شدن فلز ذوب شده از نوک الکترود و وارد شدن آن به حوضچه جوش است. حالت های انتقال به چهار حالت ذیل تقسیم می شوند:
- قوس کوتاه یا اتصال کوتاه (short circuiting)
- پاششی (spray)
- قطره ای (globular)
- پالسی (pulse)
فاکتورهای متعددی بر حالت های انتقال فلز، تاثیرگذار هستند که مهم ترین آن ها به شرح ذیل هستند:
- بزرگی، نوع و قطبیت جریان جوشکاری
- قطر الکترود
- ترکیب شیمیایی الکترود
- طول موثر الکترود
- ترکیب شیمیایی گاز محافظ
حالت انتقالی قوس کوتاه یا اتصال کوتاه:
این وضعیت برای محدوده جریان های پایین و قطرهای کوچک الکترود استفاده می شود. در این حالت قطره ذوب شده در نوک الکترود، قبل از اینکه جدا شود، سطح حوضچه مذاب را لمس کرده و یک مدار کوتاه تشکیل می شود. در این حالت یک حوضچه جوش کوچک که سریع منجمد می شود، تشکیل می شود که عموماً مناسب جوشکاری مقاطع نازک و پر کردن فواصل زیاد حاصل از مونتاژ کاری نامناسب است. به علت محدودیت در سرعت تغذیه الکترود و در نتیجه نرخ رسوب، مناسب جوشکاری مقاطع ضخیم نیست و خطر بروز عیب جوش ناقص وجود دارد. همچنین به علت تشکیل مدار کوتاه، جرقه و ترشح زیادی نیز وجود دارد. شماتیک این حالت انتقال، در شکل ذیل مشاهده می شود.
حالت انتقالی پاششی:
این حالت با ولتاژ و جریان بالا استفاده می شود و بیشترین حرارت ورودی را ایجاد می کند. فلز به صورت قطرات ریز مذاب از نوک الکترود پرتاب می شود. قطرات مذاب در امتداد قوس، توسط نیروی الکترومغناطیس بدون هیچ گونه تماسی با حوضچه جوش، به سمت قطعه کار پرتاب می شوند. از مزایای این حالت انتقال، نرخ رسوب بالا همراه با عمق نفوذ خوب است که منجر به کیفیت بالای اتصال می شود. ظاهر جوش عالی است و کمترین میزان جرقه و ترشح (spatter) در طی فرایند وجود دارد. از معایب این روش، محدودیت ضخامت اتصال است که به علت دانسیته بالای حرارت ورودی است. عموماً برای ضخامت کمتر از ۶mm قابل استفاده نمی باشد. محدودیت هایی برای وضعیت جوشکاری نیز وجود دارد و بیشتر برای وضعیت های تخت قابل استفاده است. شماتیکی از این حالت انتقال نیز در شکل ذیل مشاهده می شود.
حالت انتقالی قطره ای:
این حالت یک نوع اتصال مدار کوتاه کنترل نشده است که زمانی اتفاق می افتد که ولتاژ بالا است ولی هنوز برای اتنقال اسپری کافی نیست. قطرات بزرگ و نامنظم مذاب تحت تاثیر نیروی جاذبه، بین الکترود و قطعه کار حرکت می کنند. از کاربردهای این حالت، جوشکاری قطعات ضخیم با سرعت بالای تغذیه الکترود و جریان بالا، برای نفوذ خوب است که ظاهر جوش هم اهمیتی ندارد و می توان از گاز ارزان قیمت تر CO2 استفاده کرد. از معایب این روش این است که جرقه و ترشح زیادی دارد و محدود به جوشکاری در وضعیت های تخت و عمودی، برای ضخامت های بالای ۳mm است. شماتیکی از این حالت انتقال، در شکل ذیل مشاهده می شود.
حالت انتقالی پالسی:
این حالت انتقالی یک روش پیشرفته است که امکان دستیابی به آن تنها در دستگاه هایی که تکنولوژی بالایی دارند و مجهز به تولید جریان خروجی ضربانی هستند، امکان پذیر است. در این حالت انرژی قوس بین دو سطح با شدت جریان بالا و پایین تغییر می کند که مقادیر این جریان ها از روی دستگاه قابل تنظیم هستند. لذا امکان کنترل حرارت ورودی وجود دارد. انتقال پالسی نسبت به بقیه حالت های انتقالی ذکر شده ارجحیت دارد و معایب آن ها را کاهش داده یا حذف می کند. مثلاً جرقه و ترشح ندارد. محدودیتی در موقعیت جوشکاری وجود ندارد و به علت قابل کنترل بودن دانسیته حرارت ورودی، جوشکاری قطعات نازک با محدودیتی روبرو نیست. شماتیکی از این حالت انتقال، در شکل ذیل مشاهده می شود.
حالت های انتقال فلز در فرایند GMAW
مزایای روش جوشکاری قوسی با گاز محافظ
- قابل استفاده برای همه فلزات و آلیاژهای تجاری
- غلبه بر محدودیت طول الکترود که در روش قوس الکترود دستی وجود دارد.
- قابل استفاده برای تمام وضعیت ها
- نرخ رسوب بسیار بالاتر از روش قوس الکترود دستی
- سرعت جوشکاری بالا و عمق نفوذ مناسب
- تمیزکاری اندک بعد جوشکاری به علت نداشتن سرباره سنگین و گل جوش
- فرایندی با نفوذ کم هیدروژن و مناسب برای آلیاژهای حساس به تردی هیدروژنی
- کاربرد ساده و یادگیری آسان پروسه
معایب روش جوشکاری قوسی با گاز محافظ
- تجهیزات گران و پیچیده
- قابلیت حمل محدود تجهیزات
- حساس به جوشکاری در برابر باد و محط باز به علت پراکنده شدن گاز محافظ
- نیاز به وجود فضای مناسب جهت استقرار تجهیزات
برای نوشتن دیدگاه باید وارد بشوید.